浅谈大跨异形拱桥的计算方法

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1、浅谈大跨异形拱桥的计算方法胡恩宏（辽宁省城乡建设规划设计院，辽宁，沈阳，110000）【摘要】以开原市大清河大桥总体计算为例，分析大跨异形拱桥的计算方法，运用空间分析的计算方法，准确高效地进行结构受力变化分析，保证结构受力安全合理。【关键词】不对称大跨梁；异形拱1、情况简介大清河大桥主桥釆用梁拱组合结构,主梁为70+120+90+50=330m的变截面预应力混凝土连续梁，主跨钢拱在120m+90m的主跨范围内设置，钢拱外倾为展翅形，吊带为FRP结构。主拱为异形钢箱拱，拱肋设于两幅桥外侧，横向外倾35°,外观看呈展翅形。拱跨径布置为120m+90m,大拱拱

2、高25.546m,小拱拱高15.87m。桥面以上大拱拱高15m，小拱拱高9m。截面主结构为矩形截面，拱顶外包弧形钢板。截面横桥向宽度2.5m不变，纵桥向高度随拱高不断变化。钢拱采用Q345E钢材，板厚采用8mm〜50mm。主拱钢箱沿纵桥向约每3米设置一道横隔板。拱上设置FRP吊带，吊带伸入拱箱内预留锚箱内栓接。主拱共分为32个节段，节段在工厂分段制造，安装时采用先栓后焊的连接方式。主拱在拱脚段设外伸钢结构段，与主梁中横梁外伸横梁段连接，连接方式采用钢混结合段的方式。通过设置预应力的方式来保证钢拱上内力平顺传递到混凝土横梁上。为增加钢混结合段传力的可靠性，将钢结构

3、段伸入混凝土内约0.9米，通过设置PBL剪力键来保证与混凝土的可靠连接。吊带分为两部分，上部与主拱连接的为FRP结构，下部与主梁连接的是钢结构。钢吊带在梁底与主梁预留焊接垫板通过矩形钢管焊接连接。FRP吊带上端与钢拱在拱箱内销栓连接，吊带以销栓为转心可沿桥纵向转动;FRP吊带下端与钢吊带承插式粘接连接，二者在连接处密闭防水。FRP吊带上端至拱腹以下lm长度范围箱室内采用聚氨酯硬质泡沫和FRP短纤维胶泥混合填充密实，进行结构局部增强和密闭防水；FRP吊带其余长度范围为空心薄壁结构，以减轻吊带自重和增加吊带的柔性。主桥主梁采用变截面连续箱梁，混凝土标号采用C60。箱

4、梁顶板设置双向1.5%的横坡，箱梁设纵、横向与竖向预应力，纵、横向采用高强度低松弛钢绞线；竖向采用精乳螺纹钢筋。主梁节段划分为墩顶0号段，支架上悬浇渐变段，支架上现浇平直段与合龙段。2、设汁与计算2.1要点本桥由于跨径大，且为不对称跨径，所以主桥主跨采用梁拱组合共同受力结构。由于主跨钢拱为异形拱，本桥受力难点之一为异形拱的受力分析。由于主跨钢拱异形外倾，所以受弯剪扭作用效应均很大，且拱内力不均匀，肋从受力行为上来讲轴力小，而面内、面外的弯矩大，拱受力特点实际上就是一个斜弯的空间曲线梁，受力较常规拱不合理，且控制难度大。由于异形拱跨径大，受力不均匀，II桥区属于7

5、度地震区，所以需注意抗震效应和稳定效应控制。2.2方案为了保证设计兼顾美观、经济、受力、施工便利性，以上各项要求达到完美的统一和融合。本次设计各个部位均进行了施工图方案比选。主拱：考虑采用钢箱或钢桁架两种方案的比较。吊带：考虑采用钢吊带，FRP吊带，钢绞线吊杆三种方案的比较。主梁跨径：考虑两跨和四跨的比较。主梁截面：考虑采用单项三室和单箱单室两种方案比较。预应力：考虑三向预应力和不考虑桥面板横向预应力的比较。钢混结合：考虑拱上钢混结合和横梁上钢混结合的比较。横梁：考虑整体浇筑和分段浇筑的比较。抗震：考虑摩擦摆支座和普通支座加榫锚两种方案的比较。以上各项比较，均进

6、行了详细的构造比选，计算分析，造价比较，施工方法比较，美观性比较，结合各方面优缺点，最终选择最优的施工图设计方案。最终的施工图各部分设计方案依次为：主拱钢箱拱、采用钢吊带和FRP吊带相结合吊杆、主梁四跨布置、单幅单箱三室主梁截面、不考虑主梁桥面板横向预应力的构造设计、横梁上设钢混结合段、横梁分段浇筑、普通支座加榫锚抗震。2.3模型模型中，对于主梁、钢拱、下部采用三维梁单元模拟，吊带采用桁架单元模拟。通过设置弹性连接及刚性连接来模拟各个构件间的连接。各个构件截面特性按实际尺T输入。对桩基础，通过节点弹性支撑系数来进行桩基础模拟。支座及榫锚，通过弹性连接来进行各个

7、方向约束的模拟。根据设计图纸，整体计算中，每一根钢束均详细描绘成空间曲线，并按施工过程张拉并考虑损失情况。特别是混凝土收缩徐变、分批张拉预松力损失、体系转换引起的预应力二次效应等因数均充分考虑。图1总体计算模型图2.4抗震抗震性能分析，采用“周期一加速度”反应谱分析方法，振型组合采用CQC法，方向组合采用SRSS法。地震反应分析的场地条件为II类场地，地震基本烈度为7度，结构设计按照8度设防。1）第一阶模态：吊带横向弯曲变形。2）第二阶模态：主梁竖向反对称弯曲，主拱横向弯曲变形。从振型图上看，尽管桥梁跨度比较大，但由于在结构体系中采取了合理的布置，II主桥的竖向

8、刚度和扭转刚度均较大，使